著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Antioxidants

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

Artemisia argyi（アジアやヨーロッパに分布するキク科の多年草で、若芽が季節の食材に、葉がお灸に使われてきた植物）の葉には、フラボノイドと呼ばれる抗酸化成分などが多く含まれています。著者らによると、従来の抽出にはメタノールやエタノールなどの有機溶媒が使われてきました。これらの溶媒は揮発しやすく、毒性や環境負荷があり、目的成分の収量も低くなりがちです。こうした抽出技術の非効率さが、この植物の有効活用が進まない理由の一つとされています。

研究チームは、環境にやさしい溶媒として注目される「深共晶溶媒」に着目しました。深共晶溶媒は、複数の成分を混ぜることで融点が下がり液体になった溶媒です。蒸発しにくく、性質を調整でき、生分解性があるという特徴があります。チームの狙いは、食品にも使える3成分を組み合わせた深共晶溶媒を開発し、この植物の葉から総フラボノイドを効率よく、環境負荷を抑えて取り出すことでした。あわせて、抽出の仕組みの解明、方法の環境性能の評価、得られた抽出物の働きの試験管内・細胞での確認も目指しました。

何を、どのように調べたか

材料には、市販の乾燥葉を使いました。研究チームはまず25種類の深共晶溶媒を比較し、最も多く総フラボノイドを取り出せる組み合わせを選びました。次に、成分の混合比と含水率を調整しました。抽出には超音波を併用し、抽出時間、温度、溶媒量と葉の量の比（液固比）がどう影響するかを一つずつ調べました。

最適な条件を探す方法として、統計的に条件を絞り込む応答曲面法と、人工ニューラルネットワーク（データから入力と結果の複雑な関係を学習する計算モデル）を遺伝的アルゴリズム（生物の進化をまねて最適解を探す手法）と組み合わせた「GA-ANN」を比べました。従来の50%・70%のメタノールやエタノールによる抽出とも比較しています。

抽出の仕組みについては、抽出後の葉の残りを電子顕微鏡で観察しました。さらに、分子の動きを計算で再現する分子動力学シミュレーションと、量子化学計算を行いました。量子化学計算では、細胞壁の主成分であるセルロースの最小単位（セロビオース）をモデルとして、溶媒との結びつき方を調べています。方法の環境性能は、2つの評価ツール（AGREEprep、MoGAPI）で点数化しました。また、樹脂を使ってフラボノイドを回収・濃縮する工程と、使った溶媒を繰り返し再利用できるかも検証しました。

得られた抽出物については、次の働きを試験管内で調べました。抗酸化力、糖の分解に関わる酵素（α-グルコシダーゼ）、脂肪の分解に関わる酵素（膵リパーゼ）、神経伝達物質を分解する酵素（アセチルコリンエステラーゼ）の働きを抑える力です。細胞実験では、過酸化水素で傷つけた肝臓由来の培養細胞に対する保護作用と、大腸・肝臓・肺の3種類のがん細胞の増殖への影響を調べました。加えて、抽出物に最も多く含まれていたフラボノイド「ユーパチリン」について、尿酸の生成に関わる酵素キサンチンオキシダーゼとの結合を、コンピューター上で予測する分子ドッキングで調べました。

主な報告結果

溶媒の候補を比べた結果、グリセリン・レブリン酸・キシリトールの3成分からなる深共晶溶媒が最も高い収量を示しました。最適な組成は、混合比1対1対1、含水率30%でした。GA-ANNで決めた条件は、液固比33 mL/g、抽出時間60分、温度60℃です。この条件で、乾燥葉1グラムあたり108±1.7ミリグラムの総フラボノイドが得られました。論文はこの収量を、従来の含水アルコール抽出の1.5〜1.8倍と報告しています。予測の誤差も、GA-ANNのモデルのほうが応答曲面法より小さくなりました（平均二乗誤差の平方根で0.87 mg/g対2.1 mg/g）。抽出物中で定量した4種類のフラボノイドのうち、最も多かったのはユーパチリン（乾燥重量1グラムあたり3.64ミリグラム）でした。

環境性能の評価では、AGREEprepで0.70、MoGAPIで100点中80点となりました。著者らはこれを、環境に配慮した分析化学の原則によく沿っている結果と評価しています。

抽出の仕組みについて、電子顕微鏡観察では、超音波と深共晶溶媒の組み合わせが他の方法より細胞組織を強く壊していました。分子動力学シミュレーションでは、溶媒と植物成分との間の水素結合（分子どうしを引きつける弱い結びつき）の平均持続時間が、この深共晶溶媒で約101ピコ秒でした。50%エタノールの約46.7ピコ秒より長い値です。量子化学計算では、エタノールがセロビオースと1〜2本の水素結合しか作らないのに対し、この溶媒は7〜9本の水素結合で多点的に結びつくことが示されました。一方、真空中の計算による1対1の結合の強さはエタノールのほうが大きく、研究チームは結合の強さそのものではなく、結合の数と持続性に違いがあると説明しています。

回収と再利用では、9種類の樹脂のうちXAD-7HPがフラボノイドの吸着（81.3%）と脱着（70.3%）で最も優れていました。溶媒は3回目の使用まで、1回目と比べて84%以上の抽出効率を保ちました。4回目には78.0%に下がり、著者らはその原因として、不純物の蓄積や溶媒成分の分解を挙げています。

抽出物の働きについては、まず細胞での結果として、1ミリリットルあたり4〜6マイクログラムで前処理すると、過酸化水素による肝臓由来細胞の損傷が有意に抑えられました。3種類のがん細胞の増殖は濃度に応じて抑えられ、半数を抑える濃度はいずれも1ミリリットルあたり約50マイクログラムとほぼ同じでした。酵素への作用では、半数の働きを抑える濃度は次のとおりでした。α-グルコシダーゼが1ミリリットルあたり55.3マイクログラム（比較対照の薬アカルボースより高い濃度が必要）、アセチルコリンエステラーゼが0.618ミリグラム、膵リパーゼが0.125ミリグラムです。分子ドッキングでは、ユーパチリンとキサンチンオキシダーゼの予測結合エネルギーが−7.778 kcal/molとなり、既存薬アロプリノールの−6.86 kcal/molより有利な値でした。

この報告が示すこと

研究チームは、食品グレードで安価な3成分の深共晶溶媒と超音波を組み合わせることで、Artemisia argyiの葉から総フラボノイドを効率よく、環境に配慮して回収できると結論づけています。抽出効率が高い理由は、溶媒が多点的で安定した水素結合のネットワークを作り、細胞壁から成分を引き離しやすくするためと説明しています。著者らは、溶媒を再利用できることがコスト低減につながるとし、十分に活用されていない葉を付加価値の高い素材に変える道筋になるとの見方を示しています。抽出物を天然の抗酸化素材や、機能性食品の候補とする可能性にも触れています。

ただし、酵素や細胞に対する作用は、試験管内や培養細胞で確かめたものです。著者らは限界として、個別に精製したフラボノイドではなく混合物の総フラボノイドで評価したことと、生体内での吸収や代謝の検証が行われていないことを挙げています。キサンチンオキシダーゼに関する結果はコンピューター上の予測にとどまり、この抽出物から精製したユーパチリンでの酵素阻害試験は行われていません。また研究チームは、ドッキングの結果は抽出物の働きがユーパチリンだけ、あるいは主にユーパチリンによることを意味しないと断っています。

原著論文の著者・所属：Xuxiang Zhang（College of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China; Guizhou Key Laboratory of Modern Traditional Chinese Medicine Creation, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China）、Jiafei Long（College of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China; Guizhou Key Laboratory of Modern Traditional Chinese Medicine Creation, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China）、Zhijia Wang（College of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China; Guizhou Key Laboratory of Modern Traditional Chinese Medicine Creation, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China）、Yuping Zhang（College of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China; Guizhou Key Laboratory of Modern Traditional Chinese Medicine Creation, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China）、Tonghao Yang（College of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China）、Yongmei Jiang（College of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China）、Faming Wu（College of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China; Guizhou Key Laboratory of Modern Traditional Chinese Medicine Creation, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China）、Xin Zhang（College of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China; Guizhou Key Laboratory of Modern Traditional Chinese Medicine Creation, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China）、Xuqiang Nie（College of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China; Guizhou Key Laboratory of Modern Traditional Chinese Medicine Creation, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China; Key Lab of the Basic Pharmacology of the Ministry of Education and Joint International Research Laboratory of Ethnomedicine of Ministry of Education, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China; Zunyi Center for Disease Control and Prevention, Zunyi 563006, China）、Gang Wang（College of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China; Guizhou Key Laboratory of Modern Traditional Chinese Medicine Creation, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China）、Sha Liu（College of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China; Guizhou Key Laboratory of Modern Traditional Chinese Medicine Creation, Zunyi Medical University, Zunyi 563006, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Xuxiang Zhang, Jiafei Long, Zhijia Wang, et al. Ultrasound-Assisted Ternary Deep Eutectic Solvent Extraction of Total Flavonoids from Artemisia argyi: GA-ANN Optimization, Greenness Assessment, and In Vitro Bioactivity Evaluation. Antioxidants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-26. DOI: 10.3390/antiox15091069. 原著ライセンス：CC BY.